作者：屈军锁
出版社：中国铁道出版社
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物联网通信技术试读：
前言
早在1995年，比尔·盖茨在他的《未来之路》一书中写到对未来的描述时，有这样一段话：“你不会忘记带走遗留在办公室或教室里的网络连接用品，它将不仅仅是你随身携带的一个小物件，或是购买的一个用具，而且是你进入一个新的、媒介生活方式的通行证。”这也许就是比尔·盖茨心中所想象的网络世界能给人们的生活带来的变化，这个大胆的设想在那个年代只能是一个“梦想”，因为那个年代的计算机水平和网络水平远远不具备能实现比尔·盖茨梦想的条件，然而他的梦想超越了时代，引领社会朝着一个新的目标发展。
1998年，在美国统一代码委员会（Uniform Code Council，UCC）支持下，美国麻省理工学院的研究人员创造性地提出将Internet与射频标识（RFID）技术有机结合，通过将物品贴上电子标识牌，实现物品与Internet的连接，即可在任何时间、任何地点，实现对任何物品的识别与管理。这就是早期“物联网”的概念。
通俗地讲，物联网就是用新一代的信息通信技术（ICT）将分布在不同地点的物体互连起来，使得相互之间的物体能够像人与人一样相互通信，以增强物体智能化。
美国未来学家阿尔文·托夫勒说过：谁掌握了信息，谁控制了网络，谁就将拥有整个世界。物联网将从生活、生产、社会、经济、政治、军事、科技等方方面面影响人们的生活和整个世界。它为人们带来无法想象的便利和服务的同时，也存在着信息和隐私等安全方面的隐患。
物联网通信技术解决的是具有智能的物体在局域或者广域范围内信息传递，让分布在不同地域的物体能够协同工作的问题。
本书共12章，分为三大部分：第一部分讲述物联网的基本知识，包括第1章物联网概述和第2章物联网体系架构；第二部分讲述感知层通信技术，包括第3章工业控制网络技术、第4章短距离无线通信技术和第5章无线传感器网络；第三部分讲述网络层通信技术，包括第6章接入网技术、第7章无线局域网技术、第8章电话通信网技术、第9章移动通信技术、第10章传送网技术、第11章虚拟专用网技术和第12章计算机网络技术。对物联网涉及的各种通信技术，本书并不试图面面俱到，只介绍主流的通信技术，包括目前只有理论意义，但对今后的网络发展会产生重大影响的技术。
本书由屈军锁任主编，负责全书的组织、审核，并编写第1～3章、第5～10章和第12章；高佛设任副主编，负责编写第4章和第11章。
本书的基本定位是作为高等学校物联网、传感网、通信、信息、电子等专业的本科教材或教学参考书，当然也可作为相关从业人员的培训教材。
本书的编写得到了很多老师、同仁和亲友的帮助与支持，杨武军对部分章节的稿件提出了修改意见。本书的编写和出版得到了中国铁道出版社的大力支持，很多同志花费了不少时间与精力。作者在此对以上人士表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，而物联网又是一个多学科交叉融合、发展迅速的新兴技术领域，因此，书中难免存在不妥和疏漏之处，殷切希望广大同行、读者批评指正。编者2011年9月第1章物联网概述
学习重点
物联网就是用新一代的信息通信技术（ICT）将分布在不同地点的物体互连起来，使得物体之间能够像人与人一样相互通信，以增强物体智能化。本章主要讲述物联网的发展历程、物联网的概念、物联网的特点、物联网与传感网和泛在网之间的关系、物联网发展面临的问题等。1.1物联网的发展历程
物联网是一个不断演进的概念，一开始并不等同于信息化，它从早期的普适计算思想发展到如今的智慧地球构想，使这一概念内涵不断清晰，并从思想走向实践。
1.普适计算思想
1988年，美国施乐（Xerox）公司Palo Alto研究中心（PARC）的Mark Weiser开创性地提出了普适计算（ubiquitous computing，也译为“无所不在的计算”）的思想，认为普适计算的发展将使技术无缝地融入人们的日常生活。1991年，Mark Weiser博士在权威杂志《科学美国》上发表了《21世纪的计算机》（The Computer for the 21st Century）一文，对计算机的未来发展进行了大胆的预测。他认为计算机最终将“消失”，人们将意识不到其存在，它们已经融入人们生活的方方面面——“这些最具深奥含义的技术将隐形消失，变成宁静技术（calm technology），潜移默化地无缝融合到人们的生活中，直到无法分辨为止”。他认为计算机只有发展到这一阶段才能成为功能至善的工具，即人们不再为使用计算机而去学习软件、硬件、网络等专业知识，而只要想用时就能直接使用；如同钢笔一样，人们只须拔掉笔盖就能书写，而无须为了书写而去了解笔的具体结构与原理等。
理解普适计算概念需要注意以下几个问题：（1）普适计算的重要特征是“无处不在”与“不可见”。“无处不在”是指随时随地访问信息的能力；“不可见”是指在物理环境中提供多个传感器、嵌入式设备、移动设备以及其他任何一种有计算能力的设备，可以在用户未察觉的情况下进行计算、通信，提供各种服务，以最大限度减少用户的介入。（2）普适计算体现出信息空间与物理空间的融合。
普适计算是一种建立在分布式计算、通信网络、移动计算、嵌入式系统、传感器等技术基础上的新型计算模式，它反映出人类对于信息服务需求的提高，具有随时、随地享受计算资源、信息资源与信息服务的能力，以实现人类生活的物理空间与计算机提供的信息空间的融合。（3）普适计算的核心是“以人为本”，而不是以计算机为本。
普适计算强调把计算机嵌入到环境与日常工具中，让计算机本身从人们的视线中“消失”，从而使人们的注意力回到要完成的任务本身。人类活动是普适计算空间中实现信息空间与物理空间融合的纽带，而实现普适计算的关键是“智能”。（4）普适计算的重点在于提供面向用户的、统一的、自适应的网络服务。
普适计算的网络环境包括互联网、移动网络、电话网、电视网和各种无线网络；普适计算设备包括计算机、手机、传感器、汽车、家电等能够连网的设备；普适计算服务内容包括计算、管理、控制、信息浏览等。
Weiser博士的观点极具革命性，它昭示了人类对信息技术发展的总体需求：一是计算机将发展到与普通物品充分融合、无法分辨为止，具体来说，从形态上计算机将向普物化发展，从功能上计算机将发展到“普适计算”的境地；二是计算机将全面连网，网络将无所不在地融入人们生活中，无论身处何时何地，无论是运动状态还是静止状态，人们已意识不到网络的存在，却能随时随地享受网络提供的各种各样的服务。此时的“物联网”更多的是作为一种思想出现，在这种思想中，人类拥有无所不在的计算能力。
2.比尔·盖茨《未来之路》
早在1995年，比尔·盖茨在他的《未来之路》一书中写到对未来的描述时，有这样一段话：“你不会忘记带走你遗留在办公室或教室里的网络连接用品，它将不仅仅是你随身携带的一个小物件，或是你购买的一个用具，而且是你进入一个新的、介质生活方式的通行证。”这也许就是比尔·盖茨想象的网络世界能给人们的生活带来的变化，这个大胆的设想在那个年代只能是一个“梦想”，因为那个年代的计算机水平和网络水平远远不具备能实现比尔·盖茨梦想的条件。但是，比尔·盖茨的梦想超越了那个年代，引领社会朝着一个新的目标发展。
比尔·盖茨还在该书中对他打算在华盛顿湖岸边兴建的别墅进行了描述，这栋别墅除了要用木材、玻璃、水泥、石头建成之外，还会用到硅片和软件。让我们一起看看比尔·盖茨在《未来之路》一书中对他的别墅各种功能的描述吧！“当你把车停在半圆形转车道上时，即使你在门口，你也不会看到房子的大部分，那是因为你将进入屋的顶层。当你走进去时，所遇到的第一件事是有一根电子别针夹住你的衣服，这根别针把你和房子里的各种电子服务接通了。凭你戴的电子别针，房子会知道你是谁，你在哪儿，房子将用这一信息尽量满足甚至预见你的需求——一切尽可能以不强加的方式。有一天，取代电子别针用带视觉认知能力的照相系统将是可能的，但那超出了现今的技术。当外面黑暗时，电子别针会发出一束移动光陪你走完这幢房子。空房子不用照明。当你沿大厅的路走时，你可能不会注意到你前面的光逐渐变得很强，你身后的光正在消失。音乐也会和你一起移动。尽管看上去音乐无所不在，但事实上，房子里的其他人会听到完全不同的音乐，或者什么也听不到。电影或新闻也将跟着你在房子里移动。如果你接到一个电话，只有离你最近的话机才会响……手持式遥控器会让你掌管你的环境和屋里的娱乐系统。遥感会扩大电子别针的能力。它不仅让房子承认你，安置你，还允许你发指令。你可以用控制器告诉一间房子里的监控器，让它显示出来并展示你要的东西。你能从数千张图片、录音、电影和电视节目中选择，你还会有各种选择来调信息……因为有些人比其他人喜欢的温度高一些，房舍软件根据谁在里面住以及一天的什么时候来调节温度。房舍知道在寒冷的早晨客人起床前把温度调得暖烘烘的，晚上天黑下来时，如果打开了电视，房舍的灯就暗些。如果白天有人在房舍，房舍会把它里面的亮度与室外搭配和谐。当然，住在里面的人总能够明确地给出命令来控制场景……”
这样的描述与其说是朦胧的“物联网”，不如说是我们期待的“物联网”。
让我们回顾一下当年的计算机水平和网络水平。1995年，全球个人计算机数量达到5757万台，虽然比1994年增加了24.7％，但是当时全世界人口总数为57亿，1995年7月，全球联网主机只有664万台。
从上述数据可以看出，在1995年那个时期，个人计算机并不多，平均每100个人才拥有一台计算机，说明当时计算机设备还没有普及，而且当时的计算机很少进入家庭。同时，从表1-1所示的当时计算机的流行配置可以看出，那时计算机存储量很小，运行速度也很慢，难以满足现代人的需求。表1-1 1995年计算机配置情况
比尔·盖茨《未来之路》中有这样一段话：“不久的将来，会有这么一天，你可能不必离开你的书桌或扶手椅，就可以办公、学习、探索这个世界和它的各种文化，进行各种娱乐，交朋友，逛附近的商场，向远方的亲戚展示照片，等等。”这说明在当时，信息的传递还是不便利的，人与人之间在互联网上的交流还是有局限性的。
同时，由于当时的技术水平不发达，人与人的联系还不是很便利、快捷，所以当时人们的关注点还在如何实现人与人的联系，还没有将这种联系蔓延到物与物的联系这一个层面，而比尔·盖茨作为一个软件工程师、一个企业家、微软公司的董事长，他从互联网技术的发展前景角度和市场角度为我们的未来生活勾勒出一幅美丽的画卷。
3.EPC系统
1998年，在UCC（Uniform Code Council，美国统一代码委员会）的支持下，美国麻省理工学院的研究人员创造性地提出将Internet与RFID技术有机结合，利用EPC（Electronic Product Code）代码作为物品标识，实现物品与Internet的连接，即可在任何时间、任何地点，实现对任何物品的识别与管理。这就是早期“物联网”的概念。此后，他们联合大学、企业，对基于EPC的物联网相关研究实行分工工作，系统地开展研究，提出最初的由射频标签（RFID）、阅读器、Savant软件、对象名称解析服务（ONS）、物品标记语言服务器（PML-Server）5部分组成的EPC系统雏形。此时的“物联网”，已经从思想走向实践，主要是指利用EPC体系对物流系统进行数字化管理。
4.u-Japan和u-Korea战略
2004年，日本和韩国都推出了目标非常相似的国家信息化战略，分别称为U-Japan和u-Korea。此时的“物联网”，已经上升为国家信息化战略，侧重从人的角度出发，建立无所不在的网络社会和应用服务，但也包含了物的网络建设。
u-Japan由日本信息通信产业的主管机关总务省提出，即物联网战略。目标是到2010年把日本建成一个充满朝气的国家，使所有的日本人，包括儿童和残疾人，都能积极地参与日本社会的活动。通过无所不在的物联网，创建一个新的信息社会。u-Japan战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接。通过实施u-Japan战略，日本希望开创前所未有的网络社会，并成为未来全世界信息社会发展的楷模和标准，在解决其高龄化等社会问题的同时，确保在国际竞争中的领先地位。
韩国的“u-Korea”战略，是要建立由智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。在这样一个无所不在的网络社会中，所有人可以在任何地点、任何时刻享受现代信息技术带来的便利。为了实现“u-Korea”计划，韩国选择了实现计划的技术路线——IT839战略。“IT839战略”指的是将8项通信广播服务、3个先进基础设施（网络）和9个IT新增长引擎有机地连接在一起的IT战略。2004年推出之时，这8项通信广播服务包括无线宽带（WiBro）服务、数字多媒体广播（DMB）服务、家庭网络服务、远程信息处理（Telematics）服务、无线射频识别（RFID）服务、W-CDMA服务、地面数字电视服务、网络电话（VoIP）；3个基础设施包括宽带融合网络（BcN）、泛在传感网络（USN）以及作为韩国电信广播服务领域基础方式的IPv6；9个IT新增长引擎是指，增强下一代移动电信、家庭网络和数字电视等9种新技术产品的竞争力。
5.ICT新模式——物联网（the Internet Of Things，IOT）发展报告
2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（World Summiton the Information Society，WSIS）上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，该报告指出，“无所不在的‘物联网’通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。通过在各种日常使用的设备中嵌入移动无线电收发器，实现了人与物之间以及物与物之间的通信。ICT世界呈现出新模式：任何时间、任何地点、来自任何人的连接，都是物与物的连接，如图1-1所示。这种连接将创造网络中新的动态网络——物联网。”此时的“物联网”，不仅将人，也将物之间的无所不在的通信同等地考虑在内，描绘出ICT广泛应用后的新模式。图1-1 ICT新模式
6.智慧地球
2009年1月，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”构想。智慧地球的核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。智慧方法具体来说包括3个方面的特征：更透彻的感知，更广泛的互连互通，更深入的智能化。此时的“物联网”，不仅重视人与物的网络社会建设和信息的处理，更重要的是从深度信息化的角度出发，通过在各领域广泛利用新的信息技术来建设智慧的社会。
7.未来物联网的发展
欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历4个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010—2015年物体互联，2015—2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。就目前而言，许多物联网相关技术仍在开发测试阶段，离不同系统之间融合、物与物之间的普遍连接的远期目标还存在一定差距。EPoSS提出的各阶段物联网技术研发、产业化、标准化等工作的重点如表1-2所示。表1-2 2020年国际物联网技术研发重点1.2物联网的定义及其相关概念
物联网的概念分为广义和狭义两方面。广义来讲，物联网是一个未来发展的愿景，等同于“未来的互联网”或者“泛在网络”，能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换以及物与物之间的信息交换；狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。1.2.1 物联网概念的提出
物联网的一种定义是：通过无线射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。显然，物联网的这一概念来自于同互联网的类比。根据物联网与互联网的关系分类，不同的专家学者对物联网给出了各自的定义，归纳起来有如下4种类型：
1）物联网是传感网而不接入互联网
有的专家认为，物联网就是传感网，只是给人们生活环境中的物体安装传感器，这些传感器可以更好地帮助人们认识环境，传感器网不接入互联网。例如，上海浦东机场的传感器网络本身并不接入互联网，却号称是中国第一个物联网。物联网与互联网的关系是相对独立的两张网。
2）物联网是互联网的一部分
物联网并不是一张全新的网，实际上早已存在，它是互联网发展的自然延伸和扩张，是互联网的一部分。互联网是可包容一切的网络，将会有更多的物品加入到这张网中。也就是说，物联网是包含于互联网之内的。
3）物联网是互联网的补充网络
通常所说的互联网是指人与人之间通过计算机结成的全球性网络，服务于人与人之间的信息交换。而物联网的主体则是各种各样的物品，通过在物品间传递信息最终达到服务于人的目的，两张网的主体是不同的，因此物联网是互联网的扩展和补充。互联网好比是人类信息交换的动脉，物联网就是毛细血管，两者相互连通，且物联网是互联网的有益补充。
4）物联网是未来的互联网
从宏观的概念上讲，未来的物联网将使人置身于无所不在的网络中，在不知不觉中，人可以随时随地与周围的人或物进行信息交换，这时物联网也就等同于泛在网络，或者说未来的互联网。物联网、泛在网络、未来的互联网，它们的名字虽然不同，但表达的都是同一个愿景，那就是人类可以随时随地使用任何网络、联系任何人或物，达到信息自由交换的目的。1.2.2 物联网概念辨析
目前，对于物联网这一概念的准确定义业界一直未达成统一的认识，存在着以下几种相关概念：物联网、无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）以及泛在网（Ubiquitous Network，亦称U网络）。
1.物联网
定义1：把所有物品通过RFID和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。
该定义最早于1999年由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出，实质上是RFID技术和互联网的综合应用。RFID标签可谓早期物联网最为关键的技术与产品环节，当时认为物联网最大规模、最有前景的应用是零售和物流领域。利用RFID技术，通过计算机互联网实现物品、商品的自动识别和信息共享。
定义2：2005年，ITU在The Internet of Things这一报告中对物联网的概念进行了扩展，提出任何时刻、任何地点、任意物体之间的互连，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景，除RFID技术外，传感器技术、纳米技术、智能终端等技术将得到更加广泛的应用。
定义3：由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性等信息在智能空间使用智慧的接口与用户、社会和环境进行通信。
该定义出自欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）于2008年5月27日发布的报告Internet of Things in 2020。该报告分析预测了未来物联网的发展，认为RFID和相关的识别技术是未来物联网的基石，因此更加侧重于RFID的应用及物体的智能化。
定义4：物联网是未来互联网的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议，且具有自配置能力的、动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。
这个定义来源于欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组于2009年9月15日发布的研究报告。该项目组的主要研究目的是便于欧洲内部不同RFID和物联网项目之间的组网，协调包括RFID的物联网研究活动、专业技术平衡与研究效果最大化，以及在项目之间建立协同机制等。
定义5：2010年，我国的政府工作报告所附的注释中对物联网做了说明，即物联网是通过传感设备按照约定的协议，把各种网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
从上述5种定义不难看出，物联网的内涵是起源于由RFID对客观物体进行标识并利用网络进行数据交换这一概念，并不断扩充、延展、完善而逐步形成的。
总而言之，不论是哪一种类型的概念，物联网都需要对物体具有全面的感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力，从而形成一个连接物体与物体的信息网络。也就是说，全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的基本特征。“全面感知”是指利用RFID、二维码、GPS、摄像头、传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段，随时随地对物体进行信息采集和获取；“可靠传送”是指通过各种通信网络与互联网的融合，将物体接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享；“智能处理”是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。因此，“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开，一方面是机场、公路、建筑物等，而另一方面是数据中心、个人计算机、宽带等。在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，换句话说，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，通过现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。这个整合的网络中存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整个网络内的人员、设备和基础设施进行实时的管理和控制。在此基础上，人类可以用更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。
2.无线传感器网络
定义6：无线传感器网络是由若干具有无线通信能力的传感器结点自组织构成的网络。
此定义最早由美国军方提出，起源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目。在当时缺乏互联网技术、多种接入网络以及智能计算技术的条件下，该定义局限于由结点组成的自组织网络。
定义7：泛在传感器网络（Ubiquitous Sensor Network，USN）是由智能传感器结点组成的网络，可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式部署。该技术具有巨大的潜力，可用于在广泛领域内推动新的应用和服务，从安全保卫、环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。
此定义出自2008年2月ITU-T的研究报告Ubiquitous Sensor Networks。该报告中提出了泛在传感器网络体系架构，自下而上分为底层传感器网络、接入网络、基础骨干网络、中间件、应用平台等5个层次。底层传感器网络由传感器、执行器、RFID等各种信息设备组成，负责对物理世界的感知与反馈；接入网络实现底层传感器网络与上层基础骨干网络的连接，由网关、sink结点等组成；基础骨干网络基于互联网、NGN构建；中间件处理、存储传感数据并以服务的形式提供对各类传感数据的访问；应用平台实现各类传感器网络应用的技术支撑。
定义8：传感器网络以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人之间的信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。
该定义出自我国信息技术标准化技术委员会下属传感器网络标准工作组2009年9月的工作文件，该文件认为传感器网络具体表现为：“它综合了微型传感器、分布式信号处理、无线通信网络和嵌入式计算等多种先进信息技术，能对物理世界进行信息采集、传输和处理，并将处理结果以服务的形式发布给用户”。
定义9：传感网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。
此定义出自工业和信息化部、江苏省联合向国务院上报的《关于支持无锡建设国家传感网创新示范区（国家传感信息中心）情况的报告》。此外，“传感网”这一名词最早出自业界专家对于无线传感器网络的简称，即定义6的中文简称。随着物物互联相关概念的受关注度不断提升，传感器网络逐渐演进为定义9所描述的内容。
比较传感器网络的4种定义，同样可以发现传感器网络的内涵起源于“由传感器组成通信网络，对所采集到的客观物体信息进行交换”这一概念。定义7提出了相对完整的体系架构，并且描述了各个层次在体系架构中的位置及功能。定义8、9尽管与定义7文字描述不同，但其内涵基本一致，并未对定义7进行实质性的突破与完善。定义7、8、9都是将定义6所定义的“网络”作为底层的、对于客观物质世界信息获取交互的技术手段之一，并对其进行了更为精确的文字描述。
显然，由传感器、通信网络和信息处理系统为主构成的传感网，具有实时数据采集、监督控制和信息共享与存储管理等功能，它使目前的网络技术的功能得到极大拓展，使通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。也就是说，原来与网络相距甚远的家电、交通管理、农业生产、建筑物安全、旱涝预警等都能够得到有效的网络监测，有的甚至能够通过网络进行远程控制。目前，无线传感网络仍旧处在闭环环境下应用的阶段，例如，用无线传感器监控金门大桥在强风环境下的摆幅。而基于传感技术的物联网主要采用嵌入式技术（嵌入式Web传感器），给每个传感器赋予一个IP地址，应用于远程防盗、基础设施监控与管理、环境监测等领域。
3.各概念之间的关系
目前，对于支持人与物、物与物广泛互联，实现人与客观世界的全面信息交互的全新网络的命名，一直存在着物联网、传感网、泛在网3种。三者之间的关系如图1-2所示。
如果对传感器的概念进行扩展，认为RFID、二维条码等信息的读取设备和音视频录入设备等数据采集设备都是一种特殊的传感器，则范围扩展后的传感器网络即简称为与物联网概念并列的“传感网”。从ITU-T、ISO/IECJTCI SC6等国际标准组织对传感器网络、物联网定义和标准化范围来看，传感器网络和物联网其实是一个概念的两种不同表述，其实质都是依托于各种信息设备实现物理世界和信息世界的无缝融合。可见无论从哪个角度看，都可以认为目前为人所熟知的“物联网”和“传感网”都是以传感器、RFID等客观世界标识和感知技术，借助于无线传感器网络、互联网、移动网等实现人与物理世界的信息交互。泛在网是面向泛在应用的各种异构网络的集合，也被称为“网络的网络”，更强调跨网之间的互联互通和信息聚合与应用。另外，泛在化、智能化是物联网的两大特征。所谓泛在化，是指传感器网络部署和移动通信网络覆盖的泛在化以及各类物联网业务与应用的泛在化。各种信息的协同处理以及基于数据挖掘、专家系统、商业智能的决策支持是智能化的集中体现。图1-2 传感网、物联网、泛在网三者之间的关系1.2.3 物联网的本质
1.物联网实现物理世界与信息世界的无缝连接
2009年9月在北京举办的“物联网与企业环境中欧研讨会”上，欧盟委员会信息和社会媒体司RFID部门负责人Lorent Ferderix博士对物联网的描述是：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与互联网无缝连接。图1-3 物理世界与信息世界的无缝连接
图1-3给出了物理世界与信息世界无缝连接的示意图。从物联网概念出发，可以看到3个世界：真实的物理世界、数字世界与连接两者的虚拟控制的世界。真实的物理世界与数字世界之间存在着物的集成关系；物理世界与虚拟控制的世界之间存在着描述物与活动之间的语义集成关系；数字世界与虚拟控制的世界之间存在着数据集成的关系。三者之间的集成关系共同形成了物联网社会的知识集成关系。
IBM公司也在智慧地球概念的基础上提出了对物联网的理解。IBM的学者认为，智慧地球将感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并通过超级计算机和云计算组成物联网，实现人类社会与物理系统的整合。智慧地球的概念从根本上说，就是希望通过在基础设施和制造业上大量嵌入传感器，捕捉运行过程中的各种信息，然后通过无线传感器网接入互联网，通过计算机分析处理发出指令，反馈给传感器，远程执行指令，以达到提高效率、效益的目的。这种技术控制的对象小到一个开关、一个可编程控制器、一台发电机，大到一个行业的运行过程。
因此，可以将物联网理解为“物-物相连的互联网”、一个动态的全球信息基础设施，也有学者将它称做无处不在的“泛在网”和“传感网”。无论是叫它“物联网”，还是“泛在网”或“传感网”，这项技术的实质是使世界上的物、人、网与社会融合为一个有机的整体。物联网概念的本质就是将地球上人类的经济活动、社会生活、生产运行与个人生活都放在一个智慧的物联网基础设施之上运行。
2.连接到物联网上的“物”应该具有的基本特征
物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。
这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：（1）要有相应信息的接收器；（2）要有数据传输通路；（3）要有一定的存储功能；（4）要有CPU；（5）要有操作系统；（6）要有专门的应用程序；（7）要有数据发送器；（8）遵循物联网的通信协议；（9）在世界网络中有可被识别的唯一编号。
连接到物联网上的每个“物”应该具有4个基本的特征：地址标识、感知能力、通信能力和可以控制。可以将这4个基本的特征理解为：
地址标识——你是谁？你在哪里？
感知能力——你有感知周围情况的能力吗？
通信能力——你能够将你了解的情况告诉我吗？
可以控制——你能听从我的指示吗？
在组建物联网应用系统时，首先需要给具有感知能力的传感器或射频标签芯片编号，将编号后的传感器安装在指定的位置；将编号和物品的基本信息写入到RFID芯片中，再将RFID芯片贴到指定的物品上。在物联网系统运行过程中，当传感器或RFID芯片移动时，我们能够通过无线网络与互联网随时掌握不同编号的传感器或RFID芯片目前所处的位置，能够指示传感器或RFID芯片，将它们感知的周边情况通过网络传送给我们，我们再利用计算机的智能，决定应该做什么。因此，具有移动感知功能的物联网需要有三大关键技术来支撑，这三大关键技术是：感知、传输与计算。终端感知和地址标识是物联网三大关键技术的基础。终端感知和地址标识主要是通过RFID与传感器技术来实现的。因此，支撑物联网中人与物、物与物之间自动信息交互的关键技术是RFID与WSN技术，它们将物理世界与信息世界整合为一个整体。对物联网中的人、设备、网络与信息进行处理、管理与控制时需要有功能强大的高性能计算机与安全的数据存储设备。
物联网的关键不在“物”，而在“网”。实际上，早在物联网这个概念被正式提出之前，网络就已经将触角伸到了“物”的层面，如交通警察通过摄像头对车辆进行监控，通过雷达对行驶中的车辆进行车速的测量等。然而，这些都是互联网范畴之内的一些具体应用。此外，还有人们在多年前就已经实现了对物的局域性连网处理，如自动化生产线等。物联网实际上指的是在网络的范围之内，可以实现人对人、人对物以及物对物的互连互通，在方式上可以是点对点，也可以是点对面或面对点，它们经由互联网，通过适当的平台，可以获取相应的资讯或指令，或者传递相应的资讯或指令。例如，通过搜索引擎来获取资讯或指令，当某一数字化的物体需要补充电能时，它可以通过网络搜索到自己的供应商，并发出需求信号，当收到供应商的回应时，能够从中寻找到一个优选方案来满足自我需求。而这个供应商，既可以由人控制，也可以由物控制。这样的情形类似于人们现在利用搜索引擎进行查询，得到结果后再进行处理一样。具备了数据处理能力的传感器，可以根据当前的状况做出判断，从而发出供给或需求信号，而在网络上对这些信号的处理成为物联网的关键所在。仅仅将物连接到网络，还远远没有发挥出它最大的威力。网的意义不仅是连接，更重要的是交互，以及通过互动衍生出来的种种可利用的特性。
物联网的精髓不仅是对物实现连接和操控，它通过技术手段的扩张赋予网络新的含义，实现人与物、物与物之间的相融与互动，甚至是交流与沟通。物联网并不是互联网的翻版，也不是互联网的一个接口，而是互联网的一种延伸。作为互联网的扩展，物联网具备互联网的特性，但也具有互联网当前所不具有的特征。物联网不仅能够实现由人找物，而且能够实现以物找人，通过对人的规范性回复进行识别，还能够做出方案性的选择。
另一方面，合作性与开放性以及长尾理论的适用性，是互联网在应用中的重要特征，引发了互联网经济的蓬勃发展。对物联网来说，通过人物一体化，就能够在性能上对人和物的能力进行进一步的扩展，就犹如一把宝剑能够极大地增加人类的攻击能力与防御能力；在网络上可以增加人与人之间的接触，从中获得更多的商机，就好像通信工具的出现，可以增加人们之间的交流与互动，而伴随着这些交流与互动的增加，产生出更多的商业机会；如同在人物交汇处建立起新的结点平台，使得长尾在结点处显示出最高的效用，如在互联网时代，各式各样的大型网站由于汇聚了大量的人气，从而形成了一个个的结点，通过对这些结点进行利用，使得长尾理论的效应得到大幅的提高，就好像亚马逊作为一个结点在图书销售中所起到的作用一样。
合作性与开放性不仅仅发生在物与物之间，而且发生在人与物之间。互联网之所以有现在的繁荣，是与它的合作性与开放性这两大特征分不开的，开放性使得无数英雄通过互联网实现了他们的梦想，可以说没有开放性所带来的创新激励机制，就不可能有互联网今天的多姿多彩；合作性使得互联网的效用得到了倍增，使得其运作更加符合经济原则，从而给它带来竞争上的先天优势，没有合作性，互联网就不可能大面积地取代传统行业成为主流。这样一来，在“物联”之后，就不仅能够产生出新的需求，还能够产生新的供给，更可以让整个网络在理论上获得进一步的扩展和提高，从而创造出更多的机会。正是由于这些特性，物联网在功能上得到更大的扩展，而不仅仅局限于传感功能。
这里需要强调的是，如果认为物联网就是传感网，则会使得物联网的外延缩小。如1999年时提出的物联网的概念，是把所有物品通过RFID等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。其中没有人、物之间的相连、沟通与互动。如果仅仅作为传感网，物在连网之后，只须服从控制中心的指令，而各系统的控制中心则是互相分离的。如果是作为互联网的延伸，则可以将网络内的所有系统与点有机地连成一个整体，起到互帮互助的作用。换句话说，传感网完全可以将其包容在作为互联网的扩展形式的物联网的概念之内。1.2.4 物联网与传感网
无线传感网简称传感网。传感网是由若干具有无线通信与计算能力的感知结点，以网络为信息传递载体，实现对物理世界的全面感知而构成的自组织分布式网络。传感网的突出特征是采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。
传感网作为传感器、通信和计算机3项技术密切结合的产物，是一种全新的数据获取和处理技术。传感网的这个定义包含了以下3个主要含义：（1）传感网的感知结点包含有传感器结点（sensor node）、汇聚结点（sink node）和管理结点，且必须具备无线通信与计算能力。（2）大量传感器结点随机部署在感知区域（sensor fie ld）内部或附近，这些结点能通过自组织方式构成分布式网络。（3）传感器结点感知的数据沿其他传感器结点逐条进行传输，在经过多条路由后到达汇聚结点，最后可通过互联网或其他通信网络传输到管理结点。传感网拥有者通过管理结点对传感网进行配置和管理，收集监测数据及发布监测控制任务，实现智能化的决策和控制。协作地感知、采集、处理、发布信息是传感网的基本功能。
对于传感网的定义也有多种表述，不同的历史时期其含义有所差异，比较有代表性的表述如下：
美国军方对传感网的表述：传感网是由若干具有无线通信能力的传感器结点自组织构成的网络。这一概念起源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目。当时在缺乏互联网技术、多种接入网络以及智能计算技术的条件下，此概念局限于由结点组成的自组织网络。这也是“传感网”这一简称的来源。因此，在大多数场合，都将传感网描述为一种由大量微型化、低成本、低功耗的传感结点组成的分布式自组织网络。
ITU-T对传感网给出的定义：泛在传感器网络是由智能传感器结点组成的网络，以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被部署。该技术具有巨大的潜力，因为它可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫、环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。这一概念来自于2008年2月ITU-T的研究报告Ubiquitous Sens or Networks。该报告中提出了泛在传感器网络体系架构。ITU-T将泛在传感器网络自下而上分为底层传感器网络、泛在传感器网络接入网络、泛在传感器网络基础骨干网络、泛在传感器网络中间件、泛在传感器网络应用平台5个层次。底层传感器网络由传感器、执行器、RFID等设备组成，负责对物理世界的感知和反馈。泛在传感器网络接入网络实现底层传感器网络与上层基础骨干网络的连接，由网关、汇聚结点等组成。泛在传感器网络基础骨干网络基于互联网、下一代网络（NGN）而构建。泛在传感器网络中间件负责处理、存储传感数据，并以服务的形式对各类传感数据提供访问。泛在传感器网络应用平台是实现各类传感器网络应用的技术支撑平台。
我国信息技术标准化技术委员会对传感网的定义：传感器网络是以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人之间的信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。该定义来自于我国信息技术标准化技术委员会所属传感器网络标准工作组2009年9月的工作文件。该文件认为传感器网络的具体表现为：它综合了微型传感器、分布式信号处理、无线通信网络和嵌入式计算等多种先进的信息技术，能对物理世界进行信息采集、传输和处理，并将处理结果以服务的形式提供给用户。
比较以上对于传感网的3种不同描述，可以发现传感网的内涵起源于传感器组成通信网络，对采集到的客观物品信息进行交换这一概念。ITU-T的报告对传感网给出了相对完整的体系架构，并且描述了各个层次在体系架构中的位置及功能。我国对传感网的两种表述尽管与ITU-T的定义在文字描述上有所不同，但其内涵基本一致，并未对ITU-T的定义进行实质性的改进。对传感网的这几种表述都把美国军方定义的“网络”作为底层的、对于客观物质世界信息获取交互的技术手段之一，只是对其进行了更为精确的文字描述而已。1.2.5 物联网与M2M
M2M（Machine to Machine/Man）是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。它通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。M2M根据应用服务对象可以分为个人、家庭、行业三大类。
通信网络技术的出现和发展，给社会生活面貌带来了极大的变化。人与人之间可以更加快捷地沟通，信息的交流更顺畅。但是目前仅仅是计算机和其他一些IT类设备具备这种通信和网络能力。众多的普通机器设备几乎不具备联网和通信能力，例如家电、车辆、自动售货机、工厂设备等。M2M技术的目标就是使所有机器设备都具备连网和通信能力，其核心理念就是网络的一切（network everything）。M2M技术具有非常重要的意义，有着广阔的市场和应用，推动着社会生产和生活方式新一轮的变革。
M2M是一种理念，也是所有增强机器设备通信和网络能力技术的总称。人与人之间的沟通很多也是通过机器实现的，例如通过手机、电话、计算机、传真机等机器设备之间的通信来实现人与人之间的沟通。另外一类技术是专为机器和机器建立通信而设计的。如许多智能化仪器仪表都带有RS-232接口和GPIB通信接口，增强了仪器与仪器之间、仪器与计算机之间的通信能力。目前，绝大多数机器和传感器不具备本地或者远程通信和连网能力。
现阶段各种形式的物联网业务中最主要、最现实的形态是M2M业务，其主要原因在于：M2M业务所基于的数据传输网络是在广阔范围内覆盖的，相对于很多行业而言通信行业更加注重全程全网的标准化和体系架构的开放性。另外，电信运营商在ICT产业链建设和应用推广中具有重大的影响力和推动力。这些因素使得M2M业务正在处于快速、规模化的发展过程中。
M2M的应用场景。首先是电力抄表应用。近几年，电力抄表逐渐由自动抄表代替人工抄表，在偏远山区和寒冷的大兴安岭地区都是通过数据采集来完成抄表工作。目前，电力抄表主要通过在GPRS集抄器上插入SIM卡来实现数据采集和通信功能。现在，电力抄表是M2M的最主要，也是需求量最大的典型应用之一。第二个典型应用是车载调度和监控管理。当前物流运输管理和定位导航是M2M的另一个最为广泛的应用。很多企业都是通过车载M2M设备来实现车辆调度和物流监控管理。第三个应用是数据采集和监控领域，如农业灌溉、城市照明、电梯监控和工业控制都离不开M2M产品。第四个应用就是未来的智能家居应用。未来我们可以在下班之前就将家里的空调开启，将热水器开启，按照当前的菜谱来预订各种食品，并且通过手机监控系统可以看到家里老人和小孩的安全状态。这些都是我们希望实现的理想生活环境，这个梦想离我们越来越近。
M2M业务在许多国家内正在受到高度的重视，在一些行业中已经或将率先得到规模化的应用，并逐渐扩展到更多的行业。
对于移动业务运营商而言，M2M业务的战略价值在于：有助于强化移动运营商之间的经营差异化，M2M业务所处的市场是一个比较典型的蓝海市场，其市场容量是很大的；大量的M2M应用具有非实时或者占用带宽小的特征，对无线接入网络和核心网的压力不大，有助于提高移动运营商的网络资源利用率；在以往的信息化应用方案中增加M2M业务后，将有助于针对许多行业形成更深入、更完整、更有黏着度的解决方案。M2M业务最深层次的价值在于推动社会信息化向纵深发展，将信息化从满足面向人与人的沟通和办公业务流程的支持，深入到众多行业的生产运营末端系统，从而对“两化融合”形成有效的支撑。
M2M业务可以广泛地应用到众多的行业，包括车辆、电力、金融、环保、石油、个人与企业安防、水文、军事、消防、气象、煤炭、农林等。
截至2009年9月，日本KDDI已售出约200万台M2M通信模块，其中50％的终端已在使用。KDDI的M2M业务针对的两个主要行业市场分别为车辆管理（占到总量的50％，主要销售给汽车制造企业）和儿童定位（占到总量的10％，销售给保安服务公司，不面向最终用户）。KDDI的M2M业务策略为聚焦在提供优质完善的通信服务，收取通信费用，而不提供行业应用服务；定制嵌入式通信模块，嵌入到各种行业终端和应用，实现对产业价值链的把握。
法国电信是欧洲第一家提供完整端到端M2M方案的电信运营商，目前已拥有超过110万户的M2M UIM终端。法国电信拥有的两个M2M业务品牌分别为数据通道服务M2Mdata、管理和应用服务M2Mconnect，三个M2M应用产品子品牌分别为基于定位的车辆综合管理Fleet Link、基于定位的个人管理Lone Work以及提供移动网定位
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